Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электроснабжение железных дорог. Учебное пособие
.pdf
А. А. Пышкин
Электроснабжение
железных дорог
Рекомендовано
учебно-методическим советом УрГУПС
в качестве учебного пособия
для обучающихся по специальности
13.02.07 – «Электроснабжение (по отраслям)»
Екатеринбург
УрГУПС
2016
УДК 621.331:621.311(075)
П95
Автор: А. А. Пышкин, кандидат технических наук, профессор
Рецензенты: О. В. Халуев, начальник службы электрификации
и электроснабжения Свердловской дирекции инфраструктуры ОАО «РЖД»;
Б. А. Аржанников, доктор технических наук, профессор ка-
федры «Электроснабжение транспорта» УрГУПС;
С. Н. Федотов, преподаватель высшей категории колледжа
железнодорожного транспорта Уральского государственного университета путей сообщения (КЖТ УрГУПС)
ISBN 978-5-94614-346-2
Пышкин, А. А.
П95 Электроснабжение железных дорог : учеб. пособие /
А. А. Пышкин. — Екатеринбург : УрГУПС, 2016. — 373, [1] с.
Рассмотрены существующие системы электроснабжения электрифицированных железных дорог, разновидности системы электроснабжения
переменного тока. Описаны схемы питания стационарных потребителей
от тяговых подстанций, подробно излагается материал по определению
параметров тяговой сети постоянного и переменного тока.
Большое внимание уделено режиму напряжения в тяговой сети, вопросам несимметрии токов и напряжений на участках переменного тока,
поперечной и продольной емкостной компенсации, приведен выбор основных параметров системы электроснабжения, а также расчет мгновенных схем расположения нагрузок. Рассмотрены основные защиты
от токов короткого замыкания в тяговой сети и современные способы
усиления систем электроснабжения.
Указаны мероприятия по защите подземных сооружений от электрокоррозии и основные способы снижения влияния электрических железных дорог на линии связи.
Пособие предназначено для учащихся колледжей и техникумов
по специальности «Электроснабжение и энергетическое хозяйство железнодорожного транспорта».
УДК 621.331:621.311(075)
ISBN 978-5-94614-346-2 © Уральский государственный
университет путей сообщения
(УрГУПС), 2016
ОГЛАВЛЕНИЕ
От автора ...................................................................................................... 8
Глава 1. Системы электроснабжения
электрифицированных железных дорог ..................................................... 10
1.1. Принципиальная схема системы электроснабжения электрифицированной железной дороги
и характерные особенности условий ее работы ........................ 10
1.2. Система электроснабжения постоянного тока
напряжением 3 кВ ......................................................................13
1.3. Система электроснабжения переменного
однофазного тока промышленной частоты 50 Гц
напряжением 25 кВ .................................................................... 17
1.4. Система тягового электроснабжения
с экранирующим и усиливающим проводами .......................... 20
1.5. Система тягового электроснабжения 2×25 кВ .......................... 22
1.6. Система тягового электроснабжения с симметри-
рующими трансформаторами на опорных подстанциях .......... 27
1.7. Схемы присоединения тяговых подстанций
к линиям электропередачи ........................................................ 30
1.8. Схемы питания контактной сети ............................................... 33
1.9. Стыкование участков с различными системами тока
или с различным уровнем напряжения в тяговой сети ............. 38
Глава 2. Схемы присоединения тяговых подстанций
на участках переменного тока к внешней и тяговой сетям .......................... 41
2.1. Тяговые подстанции с трехфазными трансформаторами ........ 41
2.2. Тяговые подстанции с однофазными трансформа-
торами, соединенными по схеме открытого треугольника ......54
2.3. Тяговые подстанции с однофазными трансформа-
торами, соединенными по схеме Скотта ................................... 60
3
Глава 3. Питание стационарных потребителей от тяговых подстанций ........ 65
3.1. Питание нетяговых потребителей .............................................65
3.2. Питание устройств СЦБ ............................................................ 69
Глава 4. Сопротивление тяговой сети при системе постоянного тока .......... 76
4.1. Сопротивление тяговой сети без учета проводимости земли ... 76
4.2. Распределение потенциала и тока в рельсах.
Влияние проводимости земли на сопротивление
тяговой сети ................................................................................ 86
Глава 5. Сопротивление тяговой сети при системе переменного тока ........ 100
5.1. Общие исходные положения при определении
сопротивления тяговой сети переменного тока ...................... 100
5.2. Активное сопротивление проводов
контактной сети и рельсов ....................................................... 107
5.3. Полное сопротивление тяговой сети переменного тока ........ 110
5.4. Составное и эквивалентное приведенное
сопротивления тяговой сети .................................................... 116
5.5. Распределение потенциала и тока в рельсах
на участках переменного тока .................................................. 121
Глава 6. Влияние изменений напряжения в тяговой сети
на работу электровозов и электрифицированного участка ....................... 124
6.1. Показатели и нормы качества электрической
энергии в системах электроснабжения
общего назначения ................................................................... 124
6.2. Влияние изменений напряжения в тяговой сети
на работу электрических локомотивов .................................... 127
6.3. Влияние уровня напряжения на токоприемнике
локомотива на время хода поезда по участку и его
пропускную способность ......................................................... 135
6.4. Отличительные особенности режима
напряжения по плечам питания тяговой
подстанции переменного тока ................................................. 142
6.5. Нормативы напряжения для тяговой части
системы электроснабжения ..................................................... 148
Глава 7. Работа системы электроснабжения
при
рекуперации электрической энергии .................................................. 150
7.1. Условия, необходимые для осуществления
рекуперации электрической энергии ...................................... 150
4
7.2. Особенности работы системы электроснабжения
при рекуперации электрической энергии и исполь-
зовании инверторов на участках постоянного тока ................ 153
7.3. Особенности режима напряжения в тяговой сети
при рекуперации электрической энергии
на участках переменного тока .................................................. 158
Глава 8. Несимметрия токов и напряжений, возникающая
в системе электроснабжения на участках переменного тока .................... 161
8.1. Причины возникновения несимметрии токов
и напряжений на участках переменного тока ......................... 161
8.2. Показатели, характеризующие величину
несимметрии токов и напряжений .......................................... 165
8.3. Отрицательные последствия несимметрии
токов и напряжений. Допустимые значения
коэффициентов несимметрии ................................................. 167
Глава 9. Емкостная компенсация на участках переменного тока ............... 172
9.1. Отрицательные последствия пониженного
значения коэффициента мощности на шинах
тяговых подстанций переменного тока ................................... 172
9.2. Поперечная емкостная компенсация
при размещении установки на тяговой подстанции ............... 175
9.3. Продольная емкостная компенсация ...................................... 182
Глава 10. Параметры системы электроснабжения
электрифицированной железной дороги .................................................. 191
10.1. Основные параметры системы электроснабжения
и требования, предъявляемые к ним ...................................... 191
10.2. Расчетные режимы для определения параметров
и показателей работы системы электроснабжения ............... 194
10.3. Расчет расхода электроэнергии на движение
поезда по межподстанционным зонам и его
разнесенных значений между тяговыми подстанциями ....... 195
10.4. Оптимальное расстояние между тяговыми
подстанциями и выбор их месторасположения ..................... 196
10.5. Определение мощности тяговой подстанции.
Выбор силового оборудования ............................................... 201
10.6. Расчет экономического сечения контактной подвески ........ 207
10.7. Проверка контактной подвески на нагревание ..................... 211
5
Глава 11. Расчет мгновенных схем расположения нагрузок
на участках постоянного тока ................................................................... 215
11.1. Понятие мгновенной схемы расположения
нагрузок и способы их получения. ......................................... 215
11.2. Расчет мгновенных схем расположения нагрузок
на однопутном участке при односторонней схеме
питания контактной сети ........................................................ 217
11.3. Расчет мгновенных схем расположения нагрузок
на однопутном участке при двусторонней схеме
питания контактной сети ........................................................ 221
11.4. Основные положения, используемые при расчете мгновенных схем при узловой и параллельной
схемах питания контактной сети ............................................ 227
11.5. Определение токов фидеров тяговых подстанций
и на отдельных участках контактной сети при уз-
ловой и параллельной схемах питания ................................... 230
Глава 12. Расчет мгновенных схем расположения нагрузок
на участках переменного тока .................................................................. 238
12.1. Расчет мгновенных схем на однопутном участке
при односторонней схеме питания контактной сети ............ 238
12.2. Расчет мгновенных схем на однопутном участке
при двусторонней схеме питания контактной сети ............... 242
12.3. Особенности определения потери напряжения
в тяговой сети до электровоза при расчете мгно-
венных схем на двухпутном участке ....................................... 245
Глава 13. Методы расчета системы электроснабжения
электрифицированных железных дорог ................................................... 250
13.1. Принципы построения методов расчета системы
электроснабжения электрифицированных
железных дорог и их классификация. .................................... 250
13.2. Метод равномерного сечения графика движения поездов ... 252
13.3. Метод характерных сечений графика движения поездов...... 254
13.4. Метод непрерывного исследования графика
движения поездов ................................................................... 256
13.5. Метод равномерно распределенной нагрузки ....................... 261
Глава 14. Защита от токов короткого замыкания в тяговой сети ............... 265
14.1. Основные исходные положения ............................................. 265
6
14.2. Токовая защита от токов короткого замыкания
на участках постоянного тока ................................................. 269
14.3. Защита от токов короткого замыкания при опорах
контактной сети, отсоединенных от рельсов ......................... 278
14.4. Определение расчетных величин для выбора
тока уставки ............................................................................. 285
14.5. Токовая защита от токов короткого замыкания
на участках переменного тока ................................................ 294
14.6. Защита по минимальному напряжению ................................ 303
14.7. Дистанционная защита ........................................................... 307
14.8. Краткие сведения о некоторых других защитах ..................... 311
Глава 15. Усиление систем электроснабжения
электрифицированных железных дорог ................................................... 315
15.1. Причины, обусловливающие необходимость усиления систем электроснабжения электрифициро-
ванных железных дорог........................................................... 315
15.2. Основные способы усиления системы электро-
снабжения участков постоянного тока .................................. 317
15.3. Мероприятия по усилению системы электроснаб-
жения участков переменного тока.......................................... 329
15.4. Пути экономии электроэнергии в тяговой части
системы электроснабжения .................................................... 330
Глава 16. Мероприятия по защите
подземных сооружений от электрокоррозии ............................................ 334
16.1. Понятие о блуждающих токах и их источниках ..................... 334
16.2. Влияние блуждающих токов на подземные сооружения ...... 336
16.3. Мероприятия по уменьшению величины
блуждающих токов .................................................................. 341
16.4. Средства защиты подземных сооружений
от коррозии блуждающими токами ........................................ 348
Глава 17. Влияние электрических железных дорог
на линии связи и способы защиты ............................................................ 354
17.1. Виды влияний тяговой сети на линии связи .......................... 354
17.2. Основные способы снижения влияния
электрических железных дорог на линии связи .................... 360
Библиографический список ...................................................................... 371
7
ОТ АВТОРА
Основой технической реконструкции железнодорожного транспорта, повышения пропускной и провозной способности железных дорог Российской Федерации является их массовая электрификация. Необходимость электрификации железных дорог нашей
страны доказана многими учеными и сотрудниками проектных
и исследовательских институтов.
Системы электроснабжения электрифицированных железных
дорог имеют принципиальные особенности по сравнению с системами электроснабжения других отраслей промышленности
и сельского хозяйства. Необходимость изучения таких особенностей при проектировании, монтаже и эксплуатации электрифицированного железнодорожного транспорта безусловна и не требует доказательств.
За период, прошедший с момента выхода последнего учебника по электроснабжению электрифицированных железных дорог
(авторы Р. Р. Мамошин, А. Н. Зимакова, год издания 1980) для учащихся колледжей и техникумов, вопросы совершенствования технической базы систем электроснабжения, методов расчета таких
систем получили дальнейшее развитие. Поэтому данное издание
будет востребовано и учащимися, и работниками, связанными
с эксплуатацией электрифицированных железных дорог.
Данная книга базируется на изучении таких дисциплин, как
«Математика», «Физика», «Теоретические основы электротехники» и непосредственно связана с дисциплинами «Тяговые и трансформаторные подстанции», «Контактная сеть», «Релейная защита».
При работе над книгой использованы в значительном объеме материалы учебника для студентов УрГУПС (авторы Э. В. Тер-Оганов,
8
А. А. Пышкин, год издания 2014) «Электроснабжение железных дорог», что позволило с некоторыми сокращениями теоретического
материала и дополнением нескольких глав осветить основные вопросы соответствующей тематики.
Автор с благодарностью принимает все замечания и пожелания, сделанные при рецензировании книги доктором технических наук, профессором Б. А. Аржанниковым, начальником
службы электрификации и электроснабжения Свердловской дирекции инфраструктуры ОАО «РЖД» О. В. Халуевым и преподавателем высшей категории колледжа железнодорожного транспорта
УрГУПС С. Н. Федотовым.
Все замечания и пожелания по книге просим направлять по адресу: 620034, г. Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66, УрГУПС.
9
Гла ва 1
СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ
ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
1.1. Принципиальная схема системы электроснабжения
электрифицированной железной дороги
и характерные особенности условий ее работы
Электрифицированные железные дороги получают электрическую энергию от энергосистем, объединяющих в себе несколько
электростанций. Электрическая энергия, вырабатываемая генераторами каждой электростанции, передается тяговым нагрузкам
(электрическим локомотивам) через повышающие трансформаторные подстанции, линии электропередачи различного напряжения и тяговые подстанции. На тяговых подстанциях электрическая энергия преобразуется к виду (по роду тока и уровню напряжения), используемому электрическими локомотивами, и уже
по тяговой сети (контактная сеть, рельсы) передается к ним.
Вся совокупность устройств, начиная от генератора электростанции и кончая тяговой сетью, составляет систему электроснабжения электрифицированной железной дороги (рис. 1.1). От этой
системы электрической энергией питаются помимо собственно
электрической тяги также нетяговые железнодорожные потребители и потребители прилегающих районов.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]